КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 15-19-10008

НазваниеМетоды микроструктурного нелинейного анализа, волновой динамики и механики композитов в исследовании и дизайне современных метаматериалов и элементов конструкций на их основе

РуководительСумбатян Межлум Альбертович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет", Ростовская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2015 - 2017  , продлен на 2018 - 2019. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с привлечением молодых исследователей»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-106 - Проблемы механики в проектировании новых материалов

Ключевые словамеханика материалов, метаматериалы, многослойные материалы, внутренняя структура, акустически активные среды, солнечные панели, повреждения, активные композитные материалы, многомасштабность, наноэффекты, вейвлетные технологии

Код ГРНТИ30.19.29


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект будет направлен на решение актуальных задач технологии и дизайна при конструировании современных метаматериалов. В проекте будут построены модели механического, электромеханического и акустического поведения метаматериалов, которые будут опираться на закономерности, существующие на микроуровне при взаимодействии элементарных структур материала. При этом эмпирические закономерности, установленные на феноменологическом уровне, будут использованы для тестирования созданных моделей. В настоящее время растет интерес к получению, дизайну, и анализу элементов конструкций, изготовленных из метаматериалов. Метаматериалами называются новые, в основном, искусственные материалы, свойства которых определяются, в основном, их структурой, а не свойствами составляющих материал компонент. Примерами такого метаматериала являются акустические материалы с внутренними резонаторами, см. [Liu, Z., Zhang, X., Mao, Y., Zhu, Y. Y., Yang, Z., Chan, C. T., & Sheng, P. (2000). Locally resonant sonic materials. Science, 289(5485), 1734-1736]. Рассматриваемый материал представляет собой матрицу с встроенными резиновыми сферами и является акустическим изолятором. Необычные свойства с наличием специфических частотных интервалов «обрезания» и «пропускания» имеют место, как для регулярных, так и для стохастических внутренних структур. Актуальной для механики современных материалов является также близкая к рассмотренной выше проблема исследования свойств многослойных стеклоподобных материалов – составляющих конструкций солнечных батарей. Быстрое обнаружение повреждений без демонтажа конструкции является одной из бурно развивающихся областей исследования, в которой многие теоретические и практические аспекты пока далеки от своего окончательного решения. Главными типами дефектов в таких конструкциях при их повреждении являются скопления мелких трещин, как при повреждении обычных стекол. Одним из возможных методов контроля при этом оказывается модифицированная версия ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля [Blodgett D.W., Baldwin K.C. Laser-based ultrasonics: Applications at APL // Johns Hopkins APL Technical digest, 2005, V.26, No.1, p.36-45]. Активные метаматериалы, выполненные из элементов со связанностью механических и электрических полей, представляют существенный интерес в качестве резонаторов мегагерцового и терагерцового диапазонов и эффективных микро- и наноустройств. Отдельные активные элементы из пьезоэлектрических материалов начинают использоваться как микро- и наноустройства для перестройки структуры и связей обычных деформируемых метаматериалов и их управляющих частей. В связи этим отдельная часть проекта будет связана с исследованиями на различных масштабных уровнях геликоидальных объектов, слоистых спиральных пьезоэлектрических оболочек и трубчатых пьезопреобразователей со спиральными электродами, композитных пьезогенераторов, перестраиваемых терагерцовых метаматериалов с управляемыми пьезоэлектрическими актуаторами, мегагерцовых антенных решеток и пьезоэлектрических метаматериалов периодической и квазипериодической структуры. Отмеченные актуальные направления в механике современных материалов объединяет та особенность, что качественные акустические свойства как в метаматериалах, так и в трещиноватых солнечных панелях и в активных элементах метаматериалов, проявляются на характерных размерах на несколько порядков меньших, чем длина волны в рассматриваемых материалах. Это не позволяет провести исследование стандартными УЗ методами. Отмеченная особенность делает необходимым развитие принципиально новых методов исследования, применимых для оценки механических, акустических и электромеханических свойств подобных сред. Достижимость решения поставленных задач будет обусловлена имеющимся научным заделом по решению волновых задач, задач нелинейной механики и механики композитов для сред с микро- и наноструктурой, в том числе, со скоплениями трещин, дефектов и при наличии микро- и наноразмерных пьезоэлектрических элементов и связанности физико-механических полей различной природы. Проведенные ранее исследования показали, что разрабатываемые участниками данного проекта аналитические и численные методы позволяют установить количественные и качественные свойства материалов подобного рода с выявлением их эффективных характеристик, частотных интервалов эффективного энергетического запирания и пропускания, а также эффективных режимов оценки степени трещиноватости акустическими методами. Проведенный комплекс исследований позволит существенно развить теорию, модели и методы механики метаматериалов, обеспечить лидирующие позиции коллектива исследователей в данной области на мировом уровне, создать модели новых эффективных метаматериалов для различных наукоемких и высокотехнологических применений, подготовить к публикации обобщающую монографию и 25 статей в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и/или Scopus.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны и исследованы модели макроразмерных метаматериалов из электрически активных элементов с учетом их микро- и наноструктуры, демпфирующих факторов; модели микро- и наноразмерных устройств из электрически активных материалов с поверхностными и микролокальными эффектами и размерными факторами. Будут разработаны конечно-элементные алгоритмы для решения связанных задач пьезоэлектричества и акустики и др. теорий для тел различных масштабных размеров, выполненных из электрически активных материалов. Будет создано специализированное программное обеспечение, ориентированное на анализ пьезоэлектрических композитных метаматериалов и устройств из этих материалов на макро-, микро- и наноразмерных уровнях. На основе проведенных расчетов и исследований будут предложены эффективные конструкции геликоидальных объектов, слоистых спиральных пьезоэлектрических оболочек и трубчатых пьезопреобразователей со спиральными электродами, композитных пьезогенераторов, перестраиваемых терагерцовых метаматериалов с управляемыми пьезоэлектрическими актуаторами, мегагерцовых антенных решеток и пьезоэлектрических метаматериалов периодической и квазипериодической структуры на различных масштабных уровнях. Предлагается развить методы теории пластин и оболочек применительно к различным слоистым и сильно неоднородным по толщине тонкостенным структурам. Будут рассматриваться случаи функционально неоднородных материалов, а также влияние температуры, переменных нагрузок, поверхностных и интерфейсных напряжений, в том числе и остаточных. В рамках проекта будет развита механика двумерных метаматериалов. В их числе могут рассматриваться различные используемые модификации поверхностных и/или интерфейсных слоев, связанные с получением самоочищающихся поверхностей, отражающих, несмачивающихся и других, для которых основным фактором является сложная геометрия поверхности (близкая к фрактальной). На этой основе будут развиты методы исследования поведения элементов солнечных батарей, которые представляют собой многослойные пластины, причем механические свойства слоев могут существенно различаться. Внимание будет уделено криволинейным панелям, промышленное производство которых только налаживается, а в литературе имеются единичные работы по механике таких тонкостенных элементов. С позиций механики будут развиты методы неразрушающего контроля состояния внутренних (кремниевых) слоев, основанные на акустических и волновых методах. Существующие методы, например, основанные на фотолюминесценции достаточно сложны для применения на местах установки. Помимо элементов солнечных батарей данные результаты представляют интерес для описания поведения других типов слоистых элементов конструкций, используемых в строительстве и авиа- машиностроении, например, криволинейных многослойных стекол. Другое направление развиваемой методики связано с нанотехнологиями, получением и использованием нанопленок, в том числе и электрически активных, нанокомпозитов, в том числе нанопористых материалов, для которых существенным являются поверхностные свойства. Предлагается также развить методы решения задач динамики для пространственных сред и элементов конструкций с учетом микроструктуры материала, с использованием методов механики сред с внутренними переменными. Будут разработаны новые методы диагностики упомянутых современных видов метаматериалов, позволяющие осуществлять идентификацию их механических и физических свойств, а также оценку поврежденности внутренней структуры и элементов конструкций с помощью модифицированных ультразвуковых методов. Будет разработана методическая база обработки результатов неразрушающего контроля метаматериалов на основе применения и развития вейвлетных технологий при исследованиях с использованием акустических и волновых методов. Проведенный комплекс исследований позволит существенно развить теорию, модели и методы механики метаматериалов, обеспечить лидирующие позиции коллектива исследователей в данной области на мировом уровне, создать модели новых эффективных метаматериалов для различных наукоемких и высокотехнологических применений, подготовить к публикации обобщающую монографию и 25 статей в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и/или Scopus. Распространение результатов, полученных по проекту, и ознакомление с ними российской и мировой научной общественности будет осуществлено в публикациях, в докладах на международных конференциях, а также в лекциях визит-профессоров из числа участников проекта для студентов, аспирантов и преподавателей других российских и зарубежных университетов и научных центров.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
- Сформулированы начально-краевые задачи для упругих и вязкоупругих пластин и оболочек при учете остаточных напряжений, включая определение эффективных модулей. Выполнен анализ влияния поверхностных свойств. Развита теория деформирования трехслойных пластин. - Исследовано распространене некоторых типов волн в средах с микрострукурой на основе модели среды с микродеформациями. - Произведен анализ внутренней структуры активных метаматериалов с сегнетоэлектрической фазой с учетом микронеоднородностей. Выполнены постановки начально-краевых задач электроупругости и акустики с учетом вязкости на макроуровне. - Созданы новые модели представительных объемов пьезоэлектрических метаматериалов на основе композиций пьезоэлектрических, пористых и полимерных фаз с учетом их микро- и наноструктуры. - Даны конечно-элементные слабые постановки для указанных выше задач. - Созданы конечно-элементные модели конструкций композитных пьезогенераторов и трубчатых пьезопреобразователей со спиральными электродами, модели эффекта пьезогенерации электрической энергии при механическом воздействии на пористую пьезокерамику с различной пористостью. Произведен анализ результатов вычислительных экспериментов. - Получены системы граничных интегральных уравнений в волновых задачах о прохождении УЗ импульса в метаматериалах со сложной внутренней структурой в случае трехмерных задач (двояко и трояко-периодические структуры). - Развиты быстрые методы решения систем граничных интегральных уравнений в задачах дифракции УЗ волн на элементах внутренней структуры метаматериалов, которые учитывают разностные свойства ядер возникающих систем интегральных уравнений. - Дан метод решения задачи о прохождении УЗ импульса через образец конечного размера из акустически-активного метаматериала, изготовленного в виде трехпериодической системы сфер, вделанных в эпоксидную основу, на основе геометрической теории дифракции ульразвуковых волн. - Выполнено исследование процесса гармонических изгибных колебаний упругих и вязкоупругих пластин и оболочек, взаимодействующих с жидкостью. - Созданы новые дискретно-континуальные модели и дискретные модели, состоящие из регулярных периодических массивов ориентированных волокон. - Разработаны эффективные алгоритмы обработки результатов прохождения УЗ сигнала на основе новых базисных функций вейвлет-преобразования применительно к задачам УЗ контроля. - Изготовлен лабораторный макет для проведения экспериментальных исследований на лабораторной установке по прохождению УЗ сигнала через акустически активный метаматериал. - Опубликованы или приняты к публикации 4 статьи в изданиях из базы Web of Science / Scopus c благодарностью в поддержке РНФ. - Организован визит визит-профессора в зарубежный университет – командировка проф. Сумбатяна М.А. в университет Салерно, Италия, 22-28 ноября 2015 г. Программа визита включала обсуждение соместных научных исследований в области механики и акустики c учеными Салерно и Неаполя. - Сделано 9 научных докладов на международных конференциях. Доклады на конференциях вне региона Южного федерального университета (Ростовская область) сделаны во время командирования исполнителей из бюджета Проекта.

 

Публикации

1. M.A.Sumbatyan, M.Brigante Analysis of strength and wave velocity for micro-damaged elastic media Engineering Fracture Mechanics, 2015, v.145, p.43-53 (год публикации - 2015).

2. M.A.Sumbatyan, M.Yu.Remizov Low frequency penetration of elastic waves through a triple periodic array of cracks Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications, Series «Springer Proceedings in Physics», Vol. 175, 32, - (год публикации - 2015).

3. N. V. Boyev Theory and Experiment in the Ultrasonic Nondestructive Testing for Arrays of Spatial Defects of the Elastic Materials Proceedings of the 2015 International Conference on "Physics, Mechanics of New Materials and Their Applications", devoted to 100th Anniversary of the Southern Federal University, - (год публикации - 2015).

4. Nasedkin A.V., Eremeyev V.A. Some models for nanosized magnetoelectric bodies with surface effects Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications, Series «Springer Proceedings in Physics», Vol. 175, 27, - (год публикации - 2015).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
- В рамках задания было проведено компьютерное моделирование простейших видов деформации системы, состоящей из полимерных цепей с подложкой, и находящейся под действием растягивающей силы либо изгибающего момента, приложенных как к подложке, так и к полимерному покрытию. Компьютерное моделирование процессов деформации производилось методом Монте-Карло. Входными параметрами для программы моделирования деформации системы были выбраны: размеры «квазирешетки», коэффициенты взаимодействия, отношение толщины полимерного покрытия к толщине подложки, длина сегмента-ротатора и число шагов Монте-Карло. Получены зависимости силы, изгибающего момента и модуля Юнга в зависимости от величины и вида деформации системы (растяжение/изгиб) при различных значениях параметров межцепных взаимодействий, а также при различных значениях температуры. - Проведено моделирование сегнетоэлектрических свойств при структурных превращениях в тонких пленках. Результаты расчетов показали, что дальний порядок в одном монослое отсутствует, даже при низких температурах. Тем не менее, дальний порядок на поверхности существует из-за объемных эффектов. Изучены структурные превращения в тонких пленках с учетом внешнего электрического поля. Также проведено исследование сегнетоэлектрических свойств полимерных сегнетоэлектрических систем в зависимости от частоты и амплитуды внешнего электрического поля, температуры и межцепных взаимодействий. Было обнаружено, что включение электрического поля приводит к увеличению температуры перехода в упорядоченное состояние и к его «размытию», что согласуется с классическими представлениями теории фазовых переходов. - Представлены результаты анализа наноструктурированных пористых упругих и термоупругих композитов с поверхностными эффектами. Для учета наноразмерности на границах материала с порами использовалась модель Гуртина-Мурдоха поверхностных напряжений и модель сильной теплопроводности. Описаны постановки краевых задач, их слабые формулировки и результирующие формулы для определения полного набора эффективных констант двухфазного композита с произвольными типами анизотропии фаз и поверхностных свойств. - Согласно плану работ по проекту за отчетный год была развита математическая теория и конечно-элементные методы расчета электрически активных метаматериалов наноразмерной структуры с учетом несвязанных и связанных поверхностных эффектов. Данные модели и методы расчета были распространены на связанные задачи акустики и пьезоэлектричества для пьезоэлектрических тел микро- и нано- размеров. - Согласно плану исследований по проекту в 2016 году была проведена также оптимизация моделей конструкций композитных пьезогенераторов и трубчатых пьезопреобразователей со спиральными электродами. Разработанные технологии моделирования и компьютерного дизайна пьезоэлектрических устройств были применены для анализа динамического поведения вибрационного гироскопа в форме полой пьезокерамической трубки с двумя парами электродов, расположенными крестообразно на ее внешней боковой поверхности. - В рамках геометрической теории дифракции разработан алгоритм решения задачи о прохождении плоской упругой продольной волны через троякопериодическую систему твердых шаровых включений, находящихся в кубе, изготовленном из упругого материала, с возможными частичными отслоениями их от упругой матрицы. - Решена задача распознавания системы прямолинейных трещин в неограниченной упругой среде, в рамках скалярной модели распространения ультразвуковых волн. Задача имеет практическое применение при обнаружении трещиноватости панелей солнечных батарей. Оказалось, идентификация достаточно точная для определения числа трещин, а также их размеров и углов наклона. Расположение центра трещин реконструируется весьма грубо. Это естественно с физической точки зрения, когда идентификация происходит по измерениям эхо-методом в дальней зоне. - Развиты эффективные ультразвуковые экспериментальные методы исследования акустических свойств метаматериалов. Изучение акустических свойств материалов со сложной внутренней структурой производилось в тесной связи численных и натурных экспериментов. В качестве исследуемых материалов были использованы специально изготовленные образцы из алюминия и некоторых видов пластмасс с просверленными рядами периодически расположенных отверстий. Для более детального анализа свойств акустических фильтров были специально подготовлены нестандартные УЗ-преобразователи, в которых, при определенных режимах работы дефектоскопа, выделяются две частоты, одна из которых попадает в диапазон фильтрация, а другая нет. Результаты натурных экспериментов полностью согласуются с численными расчетами. - Опубликованы или приняты к публикации 10 статей в изданиях из базы Web of Science / Scopus c благодарностью в поддержке РНФ. Сделано около 20-ти научных докладов на международных конференциях. Доклады на конференциях вне региона Южного федерального университета (Ростовская область) сделаны во время командирования исполнителей из бюджета Проекта.

 

Публикации

1. Альтенбах Х., Еремеев В.А. On the elastic plates and shells with residual surface stresses Procedia IUTAM, - (год публикации - 2017).

2. Боев Н.В. Short-wave diffraction of elastic waves by voids in an elastic medium with double reflections and transformations Wave Dynamics and Composite Mechanics for Microstructured Materials and Metamaterials. Springer Series: Advanced Structured Materials., - (год публикации - 2017).

3. Герасимов Р.А., Еремеев В.А., Петрова Т.О., Егоров В.И., Максимова О.Г., Максимов А.В. Study of Mechanical Properties of Ferroelectrics Metamaterials Using Computer Simulation Ferroelectrics, - (год публикации - 2016).

4. Герасимов Р.А., Еремеев В.А., Петрова Т.О., Егоров В.И., Максимова О.Г., Максимов А.В. Computer simulation of the mechanical properties of metamaterials Journal of Physics: Conference Series, 738 (2016) 012100 (год публикации - 2016).

5. Иоване Дж., Наседкин А.В. Spectral Properties of Nanodimensional Piezoelectric Bodies with Voids and Surface Effects Wave Dynamics and Composite Mechanics for Microstructured Materials and Metamaterials. Springer series: Advanced Structured Materials, - (год публикации - 2017).

6. Наседкин А.В. Size-Dependent Models of Multiferroic Materials with Surface Effects Ferroelectrics, - (год публикации - 2016).

7. Петрова Т.О. Герасимов Р.А., Максимова О.Г., Максимов А.В. Computer simulation of the process of absorption of electromagnetic field by liquid crystal systems Journal of Physics: Conference Series, 738 (2016) 012101 (год публикации - 2016).

8. Петрова Т.О., Герасимов Р.А., Максимова О.Г., Максимов А.В. THE THEORETICAL INVESTIGATION OF THE STRUCTURAL TRANSITIONS IN THIN FERROELECTRIC FILMS Ferroelectrics, - (год публикации - 2016).

9. Попузин В.В., Зотов В.М., Сумбатян М.А. Theoretical And Experimental Study Of An Acoustically Active Material Containing A Doubly-Periodic System Of Cylindrical Holes Advanced Materials - Techniques, Physics, Mechanics, and Applications. Springer Proceedings in Physics., - (год публикации - 2016).

10. Ремизов М.Ю., Сумбатян М.А. 3D One-Mode Penetration of Elastic Waves through a Doubly Periodic Array of Cracks Mathematics and Mechanics of Solids, - (год публикации - 2016).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Было проведено исследование некоторых типов волн в средах с микроструктурой и конструкционных элементах. В частности, впервые проведен анализ распространения волн ускорения (волн слабого разрыва) в средах с микродеформациями (микроморфных), получены выражения для акустического тензора и сформулированы условия прохождения волны. Показано, что в редуцированных моделях микроморфной среды нарушается условие сильной эллиптичности, но тем не менее прохождение волн слабого разрыва возможно. С физической точки зрения, отмеченное нарушение условия сильной эллиптичности в редуцированных моделях связано с возможностью образования своеобразных мертвых зон для некоторых волн. Также рассмотрено прохождение таких волн рамках общей модели среды с внутренними переменными. В качестве внутренних переменных выступает тензор произвольного ранга. Получены условия распространения волн ускорения и сформулированы условия сильной эллиптичности. 2. Для трех- и многослойных плит и оболочек получены выражения для эффективной изгибной жесткости при наличии поверхностных и интерфейсных напряжений. Показано, что для наноразмерных тонких структур эти напряжения и сопутствующие им упругие модули являются определяющими в общих формулах для эффективных жесткостей. Также проведен учет влияния начальных поверхностных напряжений. В частности, показано, что они могут приводить к обнулению эффективной жесткости, что соответствует выпучиванию пластинок и оболочек вследствие начальных напряжений. Также проведен обзор существующих моделей пластин и оболочек с тонким внутренним слоем и получены выводы о значениях параметра контрастности материалов (отношения модуля сдвига внутреннего слоя к модулю сдвига внешних слоев) и его влиянии на выбор модели пластины – в рамках модели типа Тимошенко-Рейсснера-Миндлина или в рамках моделей с кусочной аппроксимацией перемещений по толщине («зигзаг»-теории). 3. Проведен математический анализ существования и единственности слабых решений для некоторых сред с микроструктурой, образованных семействами слабо закрепленных волокон. Для этих композитных материалов предложены континуальные модели, лежащие в классе редуцированных градиентных сред. Под градиентной средой здесь понимается модель, в которой плотность энергии деформации зависит от вторых градиентов поля перемещений. В редуцированной модели в энергию деформации входят не все вторые производные, а только их часть. Рассматривая данные структуры как модель полимерных покрытий с микроструктурой, предложена модель поверхностной упругости, которая обобщает известные ранее, в частности, модель Гуртина-Мурдоха. Получены условия разрешимости и проведена характеризация слабых решений – их принадлежность определенным классам анизотропных пространств Соболева. 4. Выполнено моделирование процессов переполяризации и обратного пьезоэффекта в полимерных сегнетоэлектрических метаматериалах, наблюдаемое в переменных электрических полях различной частоты и амплитуды; исследование влияния температуры и параметров внешнего электрического поля на площадь кривой гистерезиса, определяющей коэффициент поглощения электромагнитного излучения. 5. Проведено исследование изменения размеров доменов полимерной сегнетоэлектрической системы во внешнем электрическом поле 6. Выполнено моделирование активных наноразмерных композитных материалов и пьезоэлектрических устройств. 7. Построены приближенные эффективные аналитические решения в задачах дизайна метаматериалов периодической внутренней структуры для достижения требуемых акустических свойств «подавления» и «прохождения» УЗ волн через данную структуру. 8. Проведено тестирование аналитического подхода для найденной оптимальной геометрии внутренней структуры прямым численным методом. 9. Разработаны практические рекомендации по дизайну оптимальной внутренней структуры метаматериалов. Выбраны оптимальные режимы УЗ контроля с целью обнаружения и распознавания трещин в солнечных панелях. 10. Выполнен качественный анализ и выбор оптимальной геометрии структуры. Разработаны практические рекомендации по дизайну оптимальной внутренней структуры метаматериалов. 11. Был построен аналитический алгоритм для исследования гармонических колебаний прямоугольной упругой пластинки в несжимаемой жидкости, в условиях изменяющегося давления в окружающей среде. Задача сведена к двумерному интегральному уравнению. Решение интегрального уравнения сводится к обыкновенному дифференциальному уравнению четвертого порядка для функции вибрации пластинки. Полученное решение определяет форму осцилляции пластинки. Результаты демонстрируются на примере осцилляций алюминиевой пластинки для некоторого числа частот при изменении плотности окружающего воздуха. Результаты также сравниваются с экспериментальными данными. 12. Опубликованы или приняты к публикации 24 статьи в изданиях из базы Web of Science / Scopus c благодарностью в поддержке РНФ. 13. Издана коллективная монография в издательстве Springer: 14. Проф. Сумбатян М.А. находился в командировке в качестве визит-профессора в университете Салерно, Италия, в течение 2х недель, май-июнь 2017 г. Программа визита включала обсуждение совместных научных исследований в области механики и акустики. 15. Представлены общие качественные выводы по результатам, полученным по проекту. 16. Обсуждены возможности дальнейшего развития методов и подходов, а также развития международного сотрудничества. 17. Результаты исследований, полученных по гранту, включены в учебный процесс в Институте математики, механики и компьютерных наук им. И.И.Воровича Южного федерального университета. Информационные ресурсы: http://sfedu.ru/www/stat_pages22.show?p=PR/news1/D&params=(p_nws_id=%3E49932) http://dx.doi.org/10.1016/j.mechrescom.2017.07.004 http://www.springer.com/cn/book/9789811037962

 

Публикации

1. - «Метаматериалы – новое слово в механике и физике материалов» Еженедельник науки и образования юга России, газета «Академия», №35 (771), стр.7, (от18.11.2017) (год публикации - ).

2. Альтенбах Х., Еремеев В.А. Bending of a Three-Layered Plate with Surface Stresses Springer Series: Advanced Structured Materials, 2018. V.81. P.1-10 (год публикации - 2018).

3. Боев Н.В., Сумбатян М.А. Ray Tracing Method for a High-Frequency Propagation of the Ultrasonic Wave Through a Triple-Periodic Array of Spheres Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.173-188 (год публикации - 2017).

4. В.А.Еремеев, Ф. Дель'Изола, С.Боутин, Д.Стейгман Linear Pantographic Sheets: Existence and Uniqueness of Weak Solutions Journal of Elasticity, - (год публикации - 2017).

5. Герасимов Р.А., Егоров В.И., Максимова О.Г., Петрова Т.О., Максимов А.В. Study of the Processes of Repolarization in Ferroelectric Polymer Materials Using Computer Simulation Methods FERROELECTRICS, - (год публикации - 2018).

6. Герасимов Р.А., Максимова О.Г., Петрова Т.О., Еремеев В.А., Максимов А.В. Analytical and computer methods to evaluate mechanical properties of the metamaterials based on various models of polymeric chains Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.35-69 (год публикации - 2017).

7. Еремеев В.А. Acceleration waves in media with microstructure Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.123-132. (год публикации - 2017).

8. Еремеев В.А. On nonlocal surface elasticity and propagation of surface anti-plane waves Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.46. P.153-162 (год публикации - 2017).

9. Еремеев В.А., Лебедев Л.П., Клауд М.Дж. Acceleration waves in the nonlinear micromorphic continuum Mechanics Research Communications, - (год публикации - 2017).

10. Еремеев В.А., Наседкин А.В. Mathematical models and finite element approaches for nanosized piezoelectric bodies with uncoulped and coupled surface effects Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.1-18 (год публикации - 2017).

11. Еремеев В.А., Науменко К. On the models of three-layered plates and shells with thin soft core Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.159-171 (год публикации - 2017).

12. Зотов В.М., Попузин В.В., Тарасов А.Е. An experimental model of the ultrasonic wave propagation through a doubly-periodic array of defects Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.189-204 (год публикации - 2017).

13. Курбатова Н.В., Надолин Д.К., Наседкин А.В., Наседкина А.А., Оганесян П.А., Скалиух А.С., Соловьев А.Н. Models of active bulk composites and new opportunities of ACELAN finite element package Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.133-158 (год публикации - 2017).

14. Микеле Бриганте, М.А.Сумбатян Crack Identification by the Ultrasonic Scanning Journal of Physics. Conference Series, - (год публикации - 2018).

15. Наседкин А.В. Size-dependent models of multiferroic materials with surface effects FERROELECTRICS, 2017, VOL. 509, 57–63 (год публикации - 2017).

16. Наседкин А.В. Models and finite element approximations for interacting nanosized piezoelectric bodies and acoustic medium AIP Conference Proceedings, 2017. V. 1798. P. 020181-1-7 (год публикации - 2017).

17. Наседкин А.В., Корниевский А.С. Finite element modeling and computer design of anisotropic elastic porous composites with surface stresses Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.107-122 (год публикации - 2017).

18. Наседкин А.В., Наседкина А.А., Корниевский А.С. Modeling of nanostructured porous thermoelastic composites with surface effects AIP Conference Proceedings, 2017. V. 1798. P. 020110-1-10 (год публикации - 2017).

19. Наседкин А.В., Наседкина А.А., Раджагопал А. Finite element simulation of thermoelastic effective properties of periodic masonry with porous bricks Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.205-220 (год публикации - 2017).

20. Наседкин А.В., Шпрайзер Е.И. Конечно-элементное исследование эффективности трубчатого пьезоэлектрического вибрационного гироскопа в зависимости от типа поляризации и граничных условий ВЕСТНИК ПНИПУ. МЕХАНИКА, № 4, 2016,С.275-288 (год публикации - 2016).

21. Петрова Т.О., Герасимов Р.А., Максимова О.Г., Максимов А.В. The Theoretical Investigation of the Structural Transitions in Thin Ferroelectric Films FERROELECTRICS, 2017, VOL. 508, 130–137 (год публикации - 2017).

22. Сумбатян М.А. Метаматериалы — новое слово в механике и физике материалов "Академия". Еженедельник науки и образования юга России., № 35 (771), стр. 7 (год публикации - 2017).

23. Сумбатян М.А., Бриганте М. Identification of Arrays of Cracks in the Elastic Medium by the Ultrasonic Scanning Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.71-90 (год публикации - 2017).

24. Сумбатян М.А., Попузин В.В., Ремизов М.Ю. An efficient numerical treatment of the basic integral equation for acoustic filters of a doubly-periodic geometry AIP Conference Proceedings, - (год публикации - 2018).

25. Сумбатян М.А., Ремизов М.Ю. On the Theory of Acoustic Metamaterials with a Triple-Periodic System of Interior Obstacles Springer Series: Advanced Structured Materials, 2017. V.59. P.19-34 (год публикации - 2017).

26. Эль-Мораби Х.М., Сумбатян М.А. Inverse diffraction problems for buried objects in the layered elastic media: the anti-plane problem Inverse Problems in Science & Engineering, - (год публикации - 2018).


Возможность практического использования результатов
Исследования поверхностных сдвиговых волн могут служить основой разработки устройств акустического обнаружения приповерхностных дефектов и дефектов типа отслоений в покрытиях. Это может служить усовершенствованию производимой продукции авиа- и машиностроения поскольку покрытия активно используются, например, для придания антикоррозионных свойств. Исследование сегнетоэлектрических свойств полимерных сегнетоэлектрических систем в зависимости от частоты и амплитуды внешнего электрического поля, температуры и межцепных взаимодействий, востребовано при проектировании сегнетоэлементов в счетно-вычислительной технике в качестве ячеек памяти. Они также актуальны в дизайне кристаллов сегнето- и антисегнетоэлектриков для модуляции и преобразования лазерного излучения, при изготовлении пьезоэлектрических и пироэлектрических преобразователей. Изучение поведения предложенных типов композиционных материалов может быть использовано для создания материалов, выдерживающих большие деформации и сохраняющих несущую нагрузку даже при наличии локальных повреждений. Разработанные математические модели активных метаматериалов, в первую очередь, пьезоэлектрических метаматериалов, и компьютерные конечно-элементные программы могут быть непосредственно использованы в реальных секторах экономики, связанных с пьезоэлектрическим приборостроением. Так, разработанные программные средства для пакетов ANSYS, ACELAN и его модуля ACELAN-COMPOS, позволяющие моделировать многокомпонентные термоупругие и пьезоэлектрические композиты, могут быть использованы на этапе создания соответствующих композитных материалов с заданными свойствами, что в значительной мере ускорит и удешевит этот технологический цикл и позволит проводить экспериментальные исследования в рассчитанном диапазоне изменения составов композиционных материалов. Разработанные программные средства пакетов ANSYS и ACELAN, позволяющие моделировать эффективные конструкции пьезогенераторов, трубчатых пьезопреобразователей со спиральными электродами, геликоидальных объектов, слоистых спиральных пьезоэлектрических оболочек, перестраиваемых метаматериалов с управляемыми пьезоэлектрическими актуаторами, мегагерцовых антенных решеток и пьезоэлектрических метаматериалов периодической и квазипериодической структуры на различных масштабных уровнях, позволят проектировщикам этих устройств выбирать оптимальные их свойства и технологические решения. Эти расчеты также в значительной мере помогут оптимизации процессов дизайна высокотехнологичных устройств из активных метаматериалов. Разработанные методы проектирования свойств акустически активных метаматериалов могут использоваться при проектировании звукоизолирующих материалов в строительстве и дизайне помещений. Они также могут быть использованы при разработке шумозащитных экранов, возводимых вдоль крупных транспортных узлов с целью уменьшения шума, вызванных движением траспорта по узлу, в близлежащих жилых секторах. Предложенная в проекте ультразвуковая методика контроля поверхностных дефектов солнечных батарей может быть использована при неразрушающем контроле на стадии их производства или эксплуатации. Исследования, проведенные в проекте в области акустических метаматериалов, будут востребованы при проектировании компактных изделий типа фазопреобразователей и фазоинверторов. Они также открывают новые направления в применении акустических волн для волнового переноса в движущихся жидкостях, твердых и иных механических средах и материалах. Акустические метаматериалы уже начали применяться в производстве частотно-избирательных аудосистем, в том числе – для защиты от шума. Акустические метаматериалы и проведенные в данном проекте исследования найдут применение также в защите от сейсмических волн. Разработанный численно – аналитический метод исследования прохождения ультразвуковых упругих волн через троякопериодические системы твердых включений, находящихся в упругой матрице метаматериала можно эффективно использовать в численном моделировании акустических и оптических явлений, как в исследовательской, так и инженерной практике. Он может служить основой расчета поглотителей коротких упругих волн на основе метаматериалов, а также акустических фильтров из новых метаматериалов с анизотропными матрицами.